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什么是換能器品質(zhì)因素Q
這是對單自由度的機械或電學系統(tǒng)共振尖銳度或頻率選擇性的度量,有機械品質(zhì)因素Qm和電學品質(zhì)因素Qe兩類。特別要指出,機械品質(zhì)因素Qm是換能器諧振特性、頻帶寬度或阻尼的一個量度,尤其是阻尼對換能器的工作狀態(tài)有非常密切的關系。Qm對換能器產(chǎn)生的波形和接收時的響應曲線等有著重要的影響。機械品質(zhì)因素Qm的定義為:
Qm=ω0M/Rm=π/δ≈f0/△f
式中:ω0—諧振時的角頻率,即ω=2πf0;f0-機械共振頻率;△f-頻帶寬度,它等于f2-f1,這里的f1和f2分別是低于和高于f0的頻率,在該頻率處速度振幅將下降到它的極大值(諧振點)的0.707倍,即20lg0.707=3dB;M-振動系統(tǒng)的等效質(zhì)量,這在通常是把換能器當作具有分布常數(shù)來進行測定的;Rm-換能器機械阻抗的力阻分量,它相當于換能器中的能量消耗;δ-這是一個作自由振動但有阻尼的換能器的對數(shù)減縮,它等于Rm/2f0M。
對于Qm大的換能器,其頻帶寬度窄,在諧振頻率點上有較高的靈敏度,即諧振峰尖銳,一個短促的電脈沖就能使高Qm值的發(fā)射換能器有一個較長持續(xù)時間的“振鈴”存在(就像敲鑼,擊一下就會響一陣,然而在檢測技術應用中則不希望出現(xiàn)這種“振鈴”干擾),或者,在接收時會因“濾波”作用(即截止頻率范圍窄)而使輸出的電信號不能準確代表真實的寬頻帶超聲脈沖(同樣以敲鑼為例--擊一下馬上用手捂住鑼面,則鑼聲短促即止)。
在實際應用中,需要施加到換能器上的發(fā)射電壓在理論上能在輻射表面上產(chǎn)生盡可能大的振幅位移(達到諧振狀態(tài)),而在撤除此電壓后,換能器應能盡快地停振,即使得振幅回零(這樣就可以產(chǎn)生短促的聲脈沖)。在接收狀態(tài)下,則應使應力脈沖(聲脈沖)施加到理想的接收換能器上時不會產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象,輸出的電信號才能真實地再現(xiàn)應力波的情況。
從上述這些要求來看,都希望換能器的Qm值較低為好。Qm值的大小除與換能元件本身的材料特性有關外,通常可以通過附加阻尼的方法來降低Qm值,而且,在Qm值較低時,換能器的頻率響應將趨于較平坦的曲線,獲得較好的,但也相應降低了靈敏度。
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換能器的阻抗特性怎樣才能達到最佳發(fā)射特性
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